一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了“９７．１２”青藏高原东南部暴雪过程的ＭＭ５中尺度模式输出资料，　用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式，　对“９７．１２”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验。结果表明：　％ψ场和ｗ％场的三维配置在降雪发生前和发生初期与暴雪带基本一致，　说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。     

一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了"95.1"青藏高原暴雪过程的MM5中尺度模式输出资料,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式,对"95.1"暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验,结果表明:ψ场和w场的三维配置在降雪发生初期和发展过程中与暴雪带基本一致,说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。     

"96.1"高原暴雪过程湿对称不稳定的数值研究

利用一次较成功的模拟了“９６．１”青藏高原东北部暴雪过程的ＭＭ４中尺度模式输出资料,根据条件对称不稳定（ＧＳＩ）的非线性理论判据对这次暴雪过程进行了诊断,结果表明,ＣＳＩ是“９６．１”暴雪发生和发展的一种动力机制。在诊断的基础上,用非线性对称不稳定和非纬向非平行期流对称不稳定模式对“９６．１”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验,结果指出：用两种方法进行数值模拟时,都会出现对称环流,不仅ψ场     

“96.1”高原暴雪过程横波型不稳定的数值研究

利用一次较成功地模拟了“96.1”青藏高原东北部暴雪过程的MM4中尺度模式输出资料, 用非线性横波型不稳定模式对“96.1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验, 结果指出:横波型不稳定的分布和演变与暴雪切变线的发生发展过程相当一致, 说明横波型不稳定是这次暴雪过程的一种动力学机制.     

"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断

利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。     

“96·1”暴雪线性对称不稳定的数值研究

根据条件对称不稳定（CSI）的线性理论判据和线性对称不稳定模式,对“96·1”暴雪过程进行了诊断分析和数值试验。结果表明：对称不稳定是这次暴雪发生发展的一个动力学机制。     

"93.5"黑风暴的对称不稳定诊断分析

利用一次较好地模拟了“９３．５”黑风暴的ＭＭ４中尺度模式三个时次的输出资料,应用线性和非线性对称不稳定的判据对这次强沙尘暴天气过程进行诊断分析。结果表明,线性理论判据中的湿对称不稳定为这次过程的一种可能机制。非线性理论的分析结果表明,这次飑线过程不但与条件对称不稳定和尖点突变有关,且其移速较线性理论更符合实际过程。     

“96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断：Ⅰ：涡度和涡度变率 …

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式（ＭＭ４）模拟输出资料,对“９６．１”高原暴雪切变线发生、发展的结构进行了运动学和动力学诊断。涡度场演变指出,高原上局地涡度中心和涡度带的生成和发展不仅与暴雪切变线的形成和发展密切相关,而且有预测切变线生成的先兆意义;涡度场、散度场、垂直速度场当位温场的剖面结构诊断表明,运动场的热力场的相互配置与耦合关系极有得暴雪切变线及暴雪形成与维持;涡度变率诊     

"2003.1"黔东南暴雪天气过程的对称不稳定分析

采用对称不稳定判据,对发生在2003年1月5～6日一次罕见的黔东南暴雪天气过程进行了分析,结果表明：暴雪产生在对称不稳定大气中,低空急流促使对流层低层暖湿气流辐合上升,触发对称不稳定能量释放,产生暴雪天气。西南涡、横切变和暴雪区有向对称不稳定区移动的趋势。     

"96.1"暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断Ⅰ: 涡度和涡度变率诊断

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式(MM4)模拟输出资料, 对"96.1"高原暴雪切变线发生、发展的结构进行了运动学和动力学诊断.涡度场演变指出, 高原上局地涡度中心和涡度带的生成和发展不仅与暴雪切变线的形成和发展密切相关, 而且有预测切变线生成的先兆意义; 涡度场、散度场、垂直速度场与相当位温场的剖面结构诊断表明, 运动场和热力场的相互配置与耦合关系极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持; 涡度变率诊断结果指出, 涡度正变率中心带初生于暴雪切变线附近, 其时空演变与切变线生成和发展相伴的正涡度中心带垂直结构及演变基本一致.在对涡度变率贡献的诸因子中, 非线性相互作用涡度变率的相对数值最大; 时间平均涡度变率的贡献次之; 与强波扰气流有关的扰动涡度变率贡献最小.在总涡度变率的诸强迫项中, 散度项贡献最大; 水平涡度平流项次之; 垂直涡度输送项和扭转项的贡献相反, 基本上互相抵消.     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式，用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下，线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流；而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略，原来对称的环流则被破坏。     

Wave-CISK与快速增长的对称不稳定

本文应用一准两维的非静力平衡数值模式研究了凝结加热反馈对线性及非线性对称不稳定的影响。数值试验结果表明:当Ri<1时，对于一定的加热廓线，Wave-CISK可以激发出快速增长的线性对称不稳定，其指数增长率比无加热时增加一倍半，并产生向暖区的移动，而加热廓线对对称不稳定的发生发展及结构都有明显的影响。具有凝结加热的非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定强度，非线性作用增强，其不稳定增长速度就减慢，原来对称的环流结构被破坏，正环流不断减弱，负环流不断增强。     

Effect of Baroclinicity on Vortex Axisymmetrization.Part Ⅱ：Baroclinic Basic Vortex

The effect of baroclinicity on vortex axisymmetrization is examined within a two-layer dynamical model.Three basic state vortices are constructed with varying degrees of baroclinicity：（i） barotropic,（ii） weak baroclinic,and （iii） strong baroclinic.The linear and nonlinear evolution of wavenumber-2 baroclinic disturbances are examined in each of the three basic state vortices.The results show that the radial propagating speed of the vortex Rossby wave at the lower level is larger with the stronger baroclinicity,resulting in a faster linear axisymmetrization process in the stronger baroclinic vortex.It is found that the nonlinear axisymmetrization process takes the longest time in the strongest baroclinic vortex among the three different basic vortices due to the weaker kinetic energy transfer from asymmetric to symmetric circulations at the lower level.A major finding in this study is that the same initial asymmetric perturbation can have different effects on symmetric vortices depending on the initial vortex baroclinicity.In numerical weather prediction models,this implies that there exists a sensitivity of the subsequent structural and intensity change solely due to the specification of the initial vertical shear of the tropical cyclone vortex.     

A simple model of baroclinic adjustment and parameterization of eddy heat transport

Summary A nonlinear, forced, dissipative quasi-geostrophic, two-level -plane model of baroclinic instability is formulated. The model resolves a baroclinic zonal flow and a wave of arbitrary zonal scale. Multiple equilibrium solutions describing Hadley and eddy circulations coexist. Only the circulation with smaller thermal wind is stable. The most efficient eddy activity occurs at a zonal wavenumber close to the wavelength of maximum instability of linear baroclinic instability theory. For a wide range of forcing and dissipative parameters, the steady baroclinic zonal wind of the eddy regime is close to the critical shear of linear theory. Eddy statistics are obtained analytically in terms of the doparture of the zonally symmetric state from radiative equilibrium. A parameterization for the eddy heat transport is obtained.With 14 Figures     

Structures of dynamically unstable shear flows and their implications for shallow internal gravity waves

Summary In this study, the response of a dynamically unstable shear flow with a critical level to periodic forcing is presented. An energy argument is proposed to explain the upshear tilt of updrafts associated with disturbances in two-dimensional stably stratified flows. In a dynamically unstable flow, the energy equation requires an upshear tilt of the perturbation streamfunction and vertical velocity whereU _z is positive. A stability model is constructed using an iteration method. An upshear tilt of the vertical velocity and the streamfunction fields is evident in a dynamically unstable flow, which is required by energy conversion from the basic shear to the growing perturbation wave energy according to the energy argument. The momentum flux profile indicates that the basic flow is decreased (increased) above (below) the critical level. Thus, the shear instability tends to smooth the shear layer. Following the energy argument, a downshear tilt of the updraft is produced in an unstably stratified flow since the perturbation wave energy is negative. The wave energy budget indicates that the disturbance is caused by a thermal instability modified by a shear flow since the potential energy grows faster than the kinetic energy.With 4 Figures     

2008年初江苏暴雪天气的模拟分析

利用常规探测资料,分析2008年1月27—28日淮河以南的区域性暴雪天气过程发现:暴雪发生在巴尔喀什湖阻塞高压东侧不断补充南下的冷空气与低空的西南急流输送的暖湿空气相结合的背景条件下,中低层的气旋式环流及其东侧的暖式切变线是暴雪天气的主要影响系统。PSU/NCAR非静力原始方程中尺度模式MM5V3.6较好地模拟了暴雪过程。高分辨率的数值模拟资料显示:水汽通量散度和垂直运动的特征揭示了700 hPa以上的中层的大气运动是暴雪发生的关键;整层的气温均在0℃以下,为降雪提供了充分的气温条件。通过对位涡、湿位涡的诊断发现,冷空气由中层自北向南向低层楔入,导致暖湿气流加强了的垂直运动沿冷空气垫倾斜上升产生对称不稳定,中尺度的对称不稳定是这次暴雪天气的物理机制。